EP0209928A1 - Démodulateur de signal numérique modulé en fréquence - Google Patents

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EP0209928A1
EP0209928A1 EP86201057A EP86201057A EP0209928A1 EP 0209928 A1 EP0209928 A1 EP 0209928A1 EP 86201057 A EP86201057 A EP 86201057A EP 86201057 A EP86201057 A EP 86201057A EP 0209928 A1 EP0209928 A1 EP 0209928A1
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EP
European Patent Office
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signal
output
filter
circuit
quadrature
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EP86201057A
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German (de)
English (en)
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Marcel Le Queau
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Laboratoires dElectronique Philips SAS
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Electronique & Physique
Laboratoires dElectronique Philips SAS
Laboratoires dElectronique et de Physique Appliquee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/06—Non-recursive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D3/00—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
    • H03D3/007—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by converting the oscillations into two quadrature related signals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/08—Networks for phase shifting
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D2200/00—Indexing scheme relating to details of demodulation or transference of modulation from one carrier to another covered by H03D
    • H03D2200/0041—Functional aspects of demodulators
    • H03D2200/006—Signal sampling
    • H03D2200/0062—Computation of input samples, e.g. successive samples
    • H—ELECTRICITY
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    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D3/00—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
    • H03D3/006—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by sampling the oscillations and further processing the samples, e.g. by computing techniques

Definitions

  • the patent US-A-3956623 describes a device operating a calculation of this type.
  • the object of the invention is to propose an improved threshold demodulator, with a digital quadrature filter having an identical amplitude-frequency response for the quadrature channels and with, in addition, a smaller number of components than the previous embodiments, in view to reduce the cost price.
  • the invention relates for this purpose to a demodulator characterized in that it comprises, in parallel on the instantaneous phase calculation circuit, a signal / noise ratio evaluation circuit itself equipped with a command for modifying the coefficients of the quadrature filter when said ratio drops below a determined threshold.
  • a connection set up between the (n / 2) th and the (n / 2 +1) th delay element provides the reference output S 11 and the output of the summator 14 constitutes the output S 12 phase shifted by ⁇ / 2 radians with respect to S 11 (between frequency 0 and half the sampling frequency).
  • Figure 2 shows the generalization of this principle to the realization of a filter also phase shifting the outputs S 21 and S 22 of + ⁇ / 2 radians between the frequency 0 and half the sampling frequency, but with an impulse response shorter.
  • the filter comprises for this purpose, in the example shown, seven delay elements 22a to 22n in series, (n + 1) first channels in parallel leading to the reference output S 21 via (n + 1) multipliers 23r (coefficients: -a 3 , a 2 , - a 1 , ao, a o , -a1, a2, -a 3 , this time two to two equals) and a summator 24r, and (n + 1) second channels in parallel leading to the phase-shifted output S 22 by means of (n + 1) multipliers 23d (coefficients: a 3 , a 2 , a 1 , a 0 , -a 0 , -a 1 , -a 2 , -a 3 , two to two equals and opposite
  • Figure 4 shows a possible embodiment of the filter as shown in Figure 3 in principle.
  • This preferred embodiment comprises the delay elements 46, 44, 42 in series and, connected to the terminals of these elements, four parallel channels 51, 53, 55, 57 comprising in series respectively a first multiplier 61 by the coefficient a Q and a delay element 41, a second multiplier 63 by the coefficient -a 1 and three delay elements 43, a third multiplier 65 by the coefficient a 2 and five delay elements 45, and a fourth multiplier 67 by the coefficient -a 3 and seven overdue items 47.
  • the outputs of channel 51 and channel 55 are connected to the two inputs of an adder 71, the outputs of multipliers 63 and 67 to the two inputs of an adder 72, and the outputs of these two adders to both inputs of an adder 73 whose output constitutes the so-called reference output S 31 .
  • the outputs of channel 53 and of channel 57 are connected to the two inputs of an adder 75, the outputs of the two multipliers 61 and 65 to the two inputs of an adder 76, and the outputs of these two adders to the two inputs of an adder 77 whose output constitutes the so-called phase-shifted output S 32 .
  • Each of the delay elements brings to the signal which passes through it a delay of the value T E already defined. Examination of Figure 4 thus described shows that indeed the scheme thus proposed is equivalent to that of Figure 3, with the advantage of minimizing the number of multipliers.
  • the extraction square root can be achieved for example by means of a read only memory.
  • A
  • is greater than or equal to Xn , or A
  • the table which allows the lifting of the indeterminacy on the value of ⁇ n is as follows, with S 1 S 2 5 3 being respectively the signs of
  • ⁇ n and ⁇ n + 1 are then the instantaneous phases of two successive samples X n and X n + 1 of a digital signal modulated in frequency and if ⁇ is the phase increment of the carrier of the modulated signal between the two samples, the digital demodulation of said signal is achievable by calculating the expression ⁇ n + 1 - ⁇ n - ⁇ , for example according to a demodulation scheme such as that shown in FIG. 6.
  • a demodulation scheme such as that shown in FIG. 6.
  • the modulated signal present at l input of the quadrature filter 200 correspond to pairs of samples (X n , Y n ), (X n + 1 , Y n + 1 ), etc. at the output of this filter.
  • a first circuit subtraction 270 receives the output signal ⁇ n + 1 from this circuit 205 on a first positive input and on a second negative input, the output signal ⁇ n determined during the previous calculation cycle of circuit 205, in response to the presence of the previous pair of samples X n , Y n at the output of the quadrature filter 200.
  • a second subtraction circuit 280 receives the signal ⁇ n + 1 - ⁇ n on its positive input and ⁇ on its negative input and supplies the output signal from the demodulator.
  • the trajectory of the end of the vector resulting from the addition of the modulated signal and of the noise may surround the origin of the reference mark of this vector representation. This results in a phase jump of the resulting vector, of ⁇ 2 ⁇ radians according to the direction of winding of the trajectory.
  • Frequency demodulators are therefore characterized by a threshold below which a rapid degradation of the signal / noise ratio at output is observed when this same ratio decreases at input.
  • Certain so-called extended threshold or threshold increase demodulators have the advantage of having a lower threshold of several decibels than those obtained with the other demodulators.
  • the improvement of the threshold of the previously described demodulator can be obtained, in the context of the present invention, by changing the coefficients of the quadrature filter as a function of the signal / noise ratio. As indicated by broken lines in FIG. 6, it then suffices to provide at the output of the quadrature filter 200 and in parallel on the circuit 205 for calculating the instantaneous frequency a circuit 310 for calculating or estimating the signal / noise ratio.
  • the circuit 310 delivers a signal C which makes it possible, according to the correctly evaluated signal / noise ratio, to change the coefficients of the quadrature filter, more precisely to modify these coefficients when the signal / noise ratio falls below a determined threshold, in order to reduce the equivalent band of noise.
  • the improvement of the threshold of the demodulator described above can also be obtained, within the framework of the invention, by proposing the diagram of FIG. 7.
  • the demodulator represented in this figure comprises as before a quadrature filter 400 and a circuit 405 instantaneous phase calculation itself again including circuits 410 to 450 not shown because identical to those already mentioned and operating in the same way.
  • An accumulator consisting of an adder 460 and a delay element 470 (taking the output of the adder to send it back to one of its inputs, the other receiving the phase increment ⁇ ⁇ ), makes it possible to reconstruct to within a constant the carrier phase.
  • the output of the accumulator is sent to a negative input of an adder 490, the other positive input of which receives the output of the instantaneous phase calculation circuit 405 and the output of which is sent to a recursive filter.
  • This recursive filter comprises a summator 481, a positive input of which receives the output of the summator 490 and the output of which is supplied to a multiplier 482.
  • the output of this multiplier which constitutes the output of the demodulator which therefore carries the demodulated signal, is by elsewhere supplied to an accumulator, consisting of the adder 483 and the delay element 484 and the output of which is returned to a negative input of the adder 481.
  • the other input of the multiplier 482 receives the output signal D from a circuit 410 for evaluating the signal / noise ratio provided, as previously, in parallel on the two inputs of circuit 405 for instantaneous phase calculation.
  • the operation of the demodulator of FIG. 8 is as follows. As before, we calculate the phase instant 0 n of a sample using the quadrature filter and other elements that follow it (see Figure 5).
  • the accumulator (483,484) allows the reconstitution, to within one constant, of the carrier phase.
  • the summator 481 thus makes it possible, with a constant constant, to suppress the carrier in the series of samples On, and the recursive filter which follows it behaves like a phase locked loop. This loop, the output of which provides the demodulated signal, is locked to the modulated signal transposed into baseband.
  • Figures 6 (with circuit 310) and 7 therefore illustrate the implementation of two threshold improvement methods which both use a narrowing of the bandwidth to reduce the noise affecting the demodulated signal. This results in certain distortions, but the tests carried out clearly demonstrate that, despite everything, these two methods improve the subjective quality of the images.
  • We can also combine these methods by providing, in FIG. 7, to add the feedback connection set up, in FIG. 6, at the output of the signal / noise ratio evaluation circuit and which is intended for the control of the modification of the coefficients of the quadrature filter when said ratio drops below a determined threshold (this connection is in dashed lines in FIG. 7).
  • the signal-to-noise ratio evaluation circuit 410 uses the samples X and Y to determine the square of the amplitude of the useful signal and to obtain an estimate of the noise power.
  • a preferred embodiment of this circuit 410 is given in FIG. 8.
  • Two multipliers 510 and 520 and an adder 530 allow, from the samples X n and Y n , the calculation of the square of the module of the noisy signal.
  • a filter 540 removes, in the output signal of the adder 530, the noise assumed to be zero mean.
  • a subtractor 550 connected by its inputs to the input and to the output of the filter 540 then calculates the absolute value of the difference between the square of the noisy signal module (after filtering), and therefore delivers a signal representative of the square of the noise.
  • a low-pass filter 560 placed at the output of the subtractor 550 provides a signal representative of the average power of the noise, and a divider 570 of the output of the filter 540 by this latter output signal of the filter 560 delivers a signal expressing the signal ratio ( demodulated) / noise.
  • a table 650 identical to that given previously for determining the value of ⁇ n as a function of S 1 , 5 2 , S 3 ) then supplies the control signals C and / or D as a function of the selected thresholds.

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Abstract

Ce démodulateur comprend un filtre numérique de quadrature composé lui-même de n éléments (32a-32n) en série retardant chacun le signal d'entrée d'une valeur TE = 1/FE où FE est la fréquence d'échantillonnage, de voies en parallèle le long de la cascade d'éléments de retard et comprenant chacune un multiplicateur (33) par un coefficient déterminé, d'un premier et d'un deuxième sommateur (34) de sorties respectives de ces multiplicateurs, les sorties de ces deux sommateurs constituant les sorties en quadrature dudit filtre dites respectivement de référence et déphasée, et comprend également en sortie du filtre un circuit de calcul de la phase instantanée φn des échantillons successifs Xn. Ce démodulateur comprend, en parallèle sur le circuit de calcul de phase instantanée, un circuit d'évaluation du rapport signal/bruit équipé lui-même d'une commande de modification des coefficients du filtre de quadrature lorsque ledit rapport descend au dessous d'un seuil déterminé.

Description

  • La présente invention concerne un démodulateur de signal numérique modulé en fréquence comprenant un filtre numérique de quadrature composé lui-même de n éléments en série retardant chacun le signal d'entrée d'une valeur TE = 1/FE où FE est la fréquence d'échantillonnage, de voies en parallèle le long de la cascade d'éléments de retard et comprenant chacune un multiplicateur par un coefficient déterminé, d'un premier et d'un deuxième sommateur de sorties respectives de ces multiplicateurs, les sorties de ces deux sommateurs constituant les sorties en quadrature dudit filtre dites respectivement de référence et déphasée, et comprenant également en sortie du filtre un circuit de calcul de la phase instantanée des échantillons successifs Xn. Le brevet US-A-3956623 décrit un dispositif opérant un calcul de ce type.
  • Le but de l'invention est de proposer un démodulateur à seuil amélioré, avec un filtre numérique de quadrature présentant une réponse amplitude-fréquence identique pour les voies en quadrature et avec en outre un nombre de composants plus faible que les réalisations antérieures, en vue de diminuer le prix de revient.
  • L'invention concerne à cet effet un démodulateur caractérisé en ce qu'il comprend, en parallèle sur le circuit de calcul de phase instantanée, un circuit d'évaluation du rapport signal/bruit équipé lui-même d'une commande de modification des coefficients du filtre de quadrature lorsque ledit rapport descend au dessous d'un seuil déterminé.
  • Les particularités de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit et dans les dessins annexés donnés à titre d'exemples et dans lesquels :
    • - les figures 1 et 2 montrent des filtres de quadrature de type connu ;
    • - la figure 3 montre une structure de filtre de quadrature conforme à l'invention, et la figure 4 un mode de réalisation préférentiel de cette structure de filtre ;
    • - la figure 5 montre un exemple de réalisation d'un démodulateur de signal numérique modulé en fréquence incorporant un filtre selon l'invention ;
    • - les figures 6 à 8 montrent des variantes perfectionnées de réalisation d'un tel démodulateur.
  • Le filtre numérique de quadrature de structure classique représenté sur la figure 1 comprend une entrée E sur laquelle se présente le signal d'entrée, n éléments 12a à 12n en série (n étant pair dans cet exemple) retardant chacun le signal d'entrée d'une valeur TE = 1/FE où FE est la période d'échantillonnage, (n/2)+1 voies en parallèle régulièrement espacées le long de la série d'éléments de retard et comprenant chacune un multiplicateur 13 par des coefficients qui sont ici deux à deux égaux en valeur absolue et opposés en signes (respectivement a1, a0, -a0, -a1), et un sommateur 14 des sorties de ces (n/2)+1 voies. Une connexion mise en place entre le (n/2)ième et le (n/2 +1)ième élément de retard fournit la sortie de référence S11 et la sortie du sommateur 14 constitue la sortie S12 déphasée de π/2 radians par rapport à S11 (entre la fréquence 0 et la moitié de la fréquence d'échantillonnage).
  • La figure 2 montre la généralisation de ce principe à la réalisation d'un filtre déphasant aussi les sorties S21 et S22 de +π/2 radians entre la fréquence 0 et la moitié de la fréquence d'échantillonnage, mais avec une réponse impulsionnelle plus courte. Le filtre comprend à cet effet, dans l'exemple représenté, sept éléments de retard 22a à 22n en série, (n+1) premières voies en parallèle conduisant à la sortie de référence S21 par l'intermédiaire de (n+1) multiplicateurs 23r (coefficients : -a3, a2, - a1, ao, ao, -a1, a2, -a3, cette fois-ci deux à deux égaux) et d'un sommateur 24r, et (n+1) deuxièmes voies en parallèle conduisant à la sortie déphasée S22 par l'intermédiaire de (n+1) multiplicateurs 23d (coefficients : a3, a2, a1, a0, -a0, -a1, -a2, -a3, deux à deux égaux et opposés) et d'un sommateur 24d.
  • Ce filtre de la figure 2 fait cependant intervenir un nombre important de coefficients et la réponse fréquen- tielle des deux voies déphasées n'est pas identique dans toute la bande de Nyquist. Le filtre proposé sur la figure 3 pour remédier à ces inconvénients comprend :
    • - un nombre impair n d'éléments de retard 32a à 32n en série (ici 7) ;
    • - un premier jeu de (n+1)/2 voies en parallèle prélevant respectivement le signal d'entrée, et ce signal d'entrée retardé de 2TE, 4TE,..., (n-1)TE ;
    • - (n+1)/2 multiplicateurs 33r, par des coefficients respectivement égaux à -a3, -a1, a0, a2 dans l'exemple représenté ;
    • - un sommateur 34r des sorties de ces multiplicateurs, conduisant à la sortie de référence S31 ;
    • - un deuxième jeu de (n+1)/2 voies en parallèle prélevant respectivement le signal retardé de TE, 3TE, STE,..., nTE ;
    • - (n+1)/2 multiplicateurs 33d, par des coefficients respectivement égaux à a2, a0, -a1, -a3 dans l'exemple représenté, c'est-à-dire par une suite de coefficients se présentant en ordre inversé de celui de la suite des coefficients affectés aux (n+1)/2 multiplicateurs 33r des premières voies ;
    • - un sommateur 34d des sorties de ces multiplicateurs, qui conduit à la sortie déphasée S32 reproduisant la sortie de référence mais avec un déphasage de + π/2 radians.
  • En généralisant l'exemple décrit, si l'on appelle Xa, Xb, Xc,..., Xi,..., Xn, Xn+1 la suite des (n+1) échantillons consécutifs du signal d'entrée présents aux bornes des éléments de retard 32a à 32n (Xa étant l'échantillon qui a été retardé n fois, Xb celui qui l'a été (n-1) fois, etc..., et xn+1 celui qui se présente à l'entrée du filtre), les deux sommations pondérées effectuées pour obtenir les deux sorties en quadrature sont égales l'une à :
    Figure imgb0001
    et l'autre à :
    Figure imgb0002
  • La figure 4 montre une réalisation possible du filtre tel que représenté sur la figure 3 dans son principe. Cette réalisation préférentielle comprend les éléments de retard 46, 44, 42 en série et, reliées aux bornes de ces éléments, quatre voies en parallèle 51, 53, 55, 57 comprenant en série respectivement un premier multiplicateur 61 par le coefficient aQ et un élément de retard 41, un deuxième multiplicateur 63 par le coefficient -a1 et trois éléments à retard 43, un troisième multiplicateur 65 par le coefficient a2 et cinq éléments à retard 45, et un quatrième multiplicateur 67 par le coefficient -a3 et sept éléments à retard 47.
  • Par ailleurs, les sorties de la voie 51 et de la voie 55 sont reliées aux deux entrées d'un additionneur 71, les sorties des multiplicateurs 63 et 67 aux deux entrées d'un additionneur 72, et les sorties de ces deux additionneurs aux deux entrées d'un additionneur 73 dont la sortie constitue la sortie dite de référence S31. De même, les sorties de la voie 53 et de la voie 57 sont reliées aux deux entrées d'un additionneur 75, les sorties des deux multiplicateurs 61 et 65 aux deux entrées d'un additionneur 76, et les sorties de ces deux additionneurs aux deux entrées d'un additionneur 77 dont la sortie constitue la sortie dite déphasée S32. Chacun des éléments de retard apporte au signal qui le traverse un retard de la valeur TE déjà définie. L'examen de la figure 4 ainsi décrite montre qu'en effet le schéma ainsi proposé est équivalent à celui de la figure 3, avec cependant l'avantage de minimiser le nombre des multiplicateurs.
  • Les avantages du filtre décrit sur les figures 3 et 4 ou, de façon plus générale, de celui correspondant aux deux expresssions (1) et (2) ci-dessus sont d'une part l'identité de la réponse amplitude-fréquence pour la partie de filtre délivrant la sortie de référence et pour celle délivrant la sortie déphasée, et d'autre part un sensible raccourcissement de la durée de la réponse impulsionnelle et la réduction du nombre de composants coûteux par rapport au filtre de la figure 2. En outre, un tel filtre permet de calculer simplement l'amplitude d'un signal sinusoïdal échantillonné. En effet, comme les suites d'échantillons Xn et Yn apparaissant sur les sorties de référence et déphasée respectivement sont déphasées de π/2, ladite amplitude est égale à (X2 n + y2 n)1/2, l'extraction de racine carrée pouvant être réalisée par exemple par l'intermédiaire d'une mémoire morte.
  • De même, toujours dans le cas d'un signal sinusoïdal échantillonné, un tel filtre de quadrature permet de déterminer la phase instantanée Φn d'un échantillon Xn en calculant Φn = Arc tg (Xn/Yn). La division de Xn par Yn donne la tangente de la phase instantanée qui, par définition, est indépendante de l'amplitude du signal sinusoïdal. On peut donc calculer la phase elle-même à l'aide d'une table contenant la fonction arctangente, comme indiqué sur la figure 5 où l'on peut voir le filtre de quadrature 100 délivrant les échantillons Xn et Yn sur deux sorties reliées chacune à deux commutateurs 110 et 120, un diviseur 130 (de Xn par Yn quand Yn est supérieur ou égal à Xn, ou de Yn par Xn dans le cas contraire, selon la position prise de façon correspondante par les commutateurs 110 et 120), et une mémoire 140 servant de table pour le calcul de la fonction arctangente. La relation entre la tangente et la cotangente permet encore d'utiliser la mémoire 140 même quand Yn est inférieur à Xn. On obtient alors la valeur de ¢n à ± k π/2 près, indétermination qui est levée par un circuit 150 prévu à la suite de la mémoire 140 et destiné à examiner les signes de Xn et Yn.
  • Si A est la sortie du diviseur 130 et B celle de la mémoire 140, on a A = |Xn/Yn| si |Yn| est supérieur ou égal à Xn, ou A = |Yn/Xn| dans le cas contraire. La table qui permet la levée de l'indétermination sur la valeur de Φn est la suivante, avec S1 S2 53 étant respectivement les signes de |Xn|, de |Yn| et de |Xn| - |Yn| :
    Figure imgb0003
  • Avec le schéma de la figure 5, on obtient ainsi, en sortie du diviseur 130, des résultats ne variant qu'entre +1 et -1, ce qui évite tout problème lié à des valeurs asymptotiques, et permet de conserver en sortie de la mémoire 140 une précision constante sur la plage - π à + p radians.
  • Si Φn et Φn+1 sont alors les phases instantanées de deux échantillons successifs Xn et Xn+1 d'un signal numérique modulé en fréquence et si ΔΦ est l'incrément de phase de la porteuse du signal modulé entre les deux échantillons, la démodulation numérique dudit signal est réalisable en calculant l'expression Φ n+1 - Φn - ΔΦ , par exemple selon un schéma de démodulation tel que celui représenté sur la figure 6. Sur cette figure, au signal modulé présent à l'entrée du filtre de quadrature 200 correspondent des paires d'échantillons (Xn, Yn), (Xn+1, Yn+1), etc... en sortie de ce filtre. Ces échantillons, par exemple Xn+1 et Yn+1 sur la figure 6, sont envoyés vers un circuit 205 de calcul de phase instantanée comprenant des circuits 210, 220, 230, 240, 250 non représentés car rigoureusement identiques aux éléments 110 à 150 de la figure 5 et fonctionnant de la même manière. Un premier circuit de soustraction 270 reçoit le signal de sortie Φ n+1 de ce circuit 205 sur une première entrée positive et sur une deuxième entrée négative, le signal de sortie ¢n déterminé au cours du cycle de calcul précédent du circuit 205, en réponse à la présence de la précédente paire d'échantillons Xn, Yn en sortie du filtre de quadrature 200. Bien entendu, pour que les entrées du circuit 270 soient synchrones, le signal Φn a été retardé d'une période d'échantillonnage TE dans un élément à retard 260. Un deuxième circuit de soustraction 280 reçoit le signal Φn+1 - ¢n sur son entrée positive et ΔΦ sur son entrée négative et fournit le signal de sortie du démodulateur.
  • Cependant, lorsque le signal modulé en fréquence est accompagné d'un bruit non négligeable par rapport à ce signal, la trajectoire de l'extrémité du vecteur résultant de l'addition du signal modulé et du bruit peut entourer l'origine du repère de cette représentation vectorielle. Il en résulte un saut de phase du vecteur résultant, de ± 2 π radians suivant le sens de l'enroulement de la trajectoire. Les démodulateurs de fréquence sont par conséquent caractérisés par un seuil au dessous duquel on observe une dégradation rapide du rapport signal/bruit en sortie quand ce même rapport diminue en entrée.
  • Certains démodulateurs dits à seuil étendu ou à accroissement de seuil présentent l'avantage d'avoir un seuil inférieur de plusieurs décibels à ceux obtenus avec les autres démodulateurs. L'amélioration du seuil du démodulateur précédemment décrit peut être obtenue, dans le cadre de la présente invention, en changeant les coefficients du filtre de quadrature en fonction du rapport signal/bruit. Comme indiqué en traits interrompus sur la figure 6, il suffit alors de prévoir en sortie du filtre de quadrature 200 et en parallèle sur le circuit 205 de calcul de fréquence instantanée un circuit 310 de calcul ou d'estimation du rapport signal/bruit.
  • Le circuit 310 délivre un signal C qui permet, en fonction du rapport signal/bruit justement évalué, de changer les coefficients du filtre de quadrature, plus précisément de modifier ces coefficients lorsque le rapport signal/bruit tombe au dessous d'un seuil déterminé, en vue de réduire la bande équivalente de bruit.
  • L'amélioration du seuil du démodulateur décrit plus haut peut également être obtenue, dans le cadre de l'invention, en proposant le schéma de la figure 7. Le démodulateur représenté sur cette figure comprend comme précédemment un filtre de quadrature 400 et un circuit 405 de calcul de phase instantanée comprenant lui-même, là encore, des circuits 410 à 450 non représentés car identiques à ceux déjà mentionnés et fonctionnant de la même manière. Un accumulateur, constitué par un additionneur 460 et un élément de retard 470 (prélevant la sortie de l'additionneur pour la renvoyer sur une de ses entrées, l'autre recevant l'incrément de phaseΔ¢), permet de reconstituer à une constante près la phase de la porteuse. La sortie de l'accumulateur est envoyée sur une entrée négative d'un sommateur 490 dont l'autre entrée positive reçoit la sortie du circuit 405 de calcul de phase instantanée et dont la sortie est envoyée vers un filtre récursif.
  • Ce filtre récursif comprend un sommateur 481 dont une entrée positive reçoit la sortie du sommateur 490 et dont la sortie est fournie à un multiplicateur 482. La sortie de ce multiplicateur, qui constitue la sortie du démodulateur qui est donc porteuse du signal démodulé, est par ailleurs fournie à un accumulateur, constitué de l'additionneur 483 et de l'élément de retard 484 et dont la sortie est renvoyée vers une entrée négative du sommateur 481. L'autre entrée du multiplicateur 482 reçoit le signal de sortie D d'un circuit 410 d'évaluation du rapport signal/bruit prévu, comme précédemment, en parallèle sur les deux entrées du circuit 405 de calcul de phase instantanée.
  • Le fonctionnement du démodulateur de la figure 8 est le suivant. Comme précédemment, on calcule la phase instantanée 0 n d'un échantillon à l'aide du filtre de quadrature et des autres éléments qui le suivent (voir la figure 5). L'accumulateur (483,484) permet de son côté la reconstitution, à une constante près, de la phase de la porteuse. Le sommateur 481 permet ainsi, à une constante près, de supprimer la porteuse dans la suite des échantillons On, et le filtre récursif qui le suit se comporte comme une boucle à verrouillage de phase. Cette boucle, dont la sortie fournit le signal démodulé, est verrouillée sur le signal modulé transposé en bande de base.
  • Les figures 6 (avec le circuit 310) et 7 illustrent donc la mise en oeuvre de deux procédés d'amélioration du seuil qui utilisent l'un et l'autre un rétrécissement de la bande passante pour diminuer le bruit affectant le signal démodulé. Il en résulte certaines distorsions, mais les essais réalisés démontrent nettement que, malgré tout, ces deux procédés améliorent la qualité subjective des images. On peut d'ailleurs combiner ces procédés en prévoyant, sur la figure 7, d'ajouter la connexion de rétroaction mise en place, sur la figure 6, en sortie du circuit d'évaluation du rapport signal/bruit et qui est destinée à la commande de la modification des coefficients du filtre de quadrature lorsque ledit rapport descend au dessous d'un seuil déterminé (cette connexion est en traits interrompus sur la figure 7).
  • Le circuit 410 d'évaluation du rapport signal/ bruit utilise les échantillons X et Y pour déterminer le carré de l'amplitude du signal utile et obtenir une estimation de la puissance de bruit. Une réalisation préférentielle de ce circuit 410 est donnée sur la figure 8. Deux multiplicateurs 510 et 520 et un additionneur 530 permettent, à partir des échantillons Xn et Yn, le calcul du carré du module du signal bruité. Un filtre 540 supprime, dans le signal de sortie de l'additionneur 530, le bruit supposé à moyenne nulle. Un soustracteur 550 relié par ses entrées à l'entrée et à la sortie du filtre 540 calcule alors la valeur absolue de la différence entre le carré du module du signal non bruité (après filtrage), et délivre donc un signal représentatif du carré du bruit. Un filtre passe-bas 560 placé en sortie du soustracteur 550 fournit un signal représentatif de la puissance moyenne du bruit, et un diviseur 570 de la sortie du filtre 540 par ce dernier signal de sortie du filtre 560 délivre un signal exprimant le rapport signal (démodulé)/bruit. Une table 650 identique à celle donnée précédemment (de détermination de la valeur de Φn en fonction de S1, 52, S3) fournit alors les signaux de commande C et/ou D en fonction des seuils choisis.

Claims (5)

1. Démodulateur de signal numérique modulé en fréquence comprenant un filtre numérique de quadrature composé lui-même de n éléments en série retardant chacun le signal d'entrée d'une valeur TE = 1/FE où FE est la fréquence d'échantillonnage, de voies en parallèle le long de la cascade d'éléments de retard et comprenant chacune un multiplicateur par un coefficient déterminé, d'un premier et d'un deuxième sommateur de sorties respectives de ces multiplicateurs, les sorties de ces deux sommateurs constituant les sorties en quadrature dudit filtre dites respectivement de référence et déphasée, et comprenant également en sortie du filtre un circuit de calcul de la phase instantanée On des échantillons successifs Xn, caractérisé en ce qu'il comprend, en parallèle sur le circuit de calcul de phase instantanée, un circuit d'évè- luation du rapport signal/bruit équipé lui-même d'une commande de modification des coefficients du filtre de quadrature lorsque ledit rapport descend au dessous d'un seuil déterminé.
2. Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie du circuit de calcul de phase instantanée est reliée à l'entrée positive d'un troisième sommateur recevant sur une entrée négative la sortie d'un accumulateur de reconstitution de la phase de la porteuse, la sortie dudit troisième sommateur étant reliée à l'entrée d'un filtre récursif dont la sortie fournit le signal démodulé, et en ce que le circuit d'évaluation du rapport signal/bruit comprend des moyens de modification du gain de boucle du filtre récursif lorsque ledit rapport descend au dessous d'un seuil déterminé.
3. Démodulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre récursif comprend un quatrième sommateur dont une entrée positive reçoit la sortie du troisième sommateur et dont la sortie est fournie à un multiplicateur, la sortie de ce dernier étant elle-même envoyée vers un accumulateur dont la sortie est à son tour renvoyée vers une entrée négative dudit quatrième sommateur, et l'autre entrée du multiplicateur étant reliée à la sortie du circuit d'évaluation du rapport signal/bruit.
4. Démodulateur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en sortie du circuit d'évaluation du rapport signal/bruit, une connexion de retour destinée à permettre une commande de modification des coefficients du filtre de quadrature lorsque ledit rapport descend au dessous d'un seuil déterminé.
5. Démodulateur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le circuit d'évaluation du rapport signal/bruit comprend un circuit de calcul du carré du module du signal bruité, un filtre d'évaluation du carré du module du signal non bruité, un soustracteur de ces carrés délivrant un signal représentatif du carré du bruit, un filtre d'évaluation de la puissance moyenne de ce bruit, un diviseur de la sortie desdits filtres destiné à exprimer le rapport signal/bruit, et un circuit de levée d'indétermination.
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